极地研究

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封面及目录

2024, 36 (4): 0.

摘要 ( 20 )

PDF(41848KB) ( 6 )

封面为拉斯曼丘陵发生变质变形的泥质岩石。拉斯曼丘陵主体由经历格林威尔和泛非期主要变质作用改造，变质程度达角闪岩相-麻粒岩相，且发生复杂变形的变质岩组成，成为研究东南极普里兹造山带的重要窗口。封面文章基于35年来我国科学家在该区的调查研究资料，梳理了东南极拉斯曼丘陵的变质层序、变质年龄、原岩建造、变质条件和构造环境等方面的研究进展，并展望了未来应重视的重点研究领域。

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中国在东南极拉斯曼丘陵变质岩系研究的进展

崔迎春陈绍聪张浩宗师王雪娇潘荣昊王伟轩马立杰李升贵张晓波黄巨澜陈鸿宇

2024, 36 (4): 505-517. DOI: 10.13679/j.jdyj.20240067

摘要 ( 230 )

PDF(536KB) ( 266 )

拉斯曼丘陵位于东南极伊丽莎白公主地英格里德·克里斯滕森海岸, 地势呈南高北低特征, 受地质构造、冰川、温度、极风等多种内外地质营力多重影响, 其发育多种地貌类型。拉斯曼丘陵主体由变质程度达角闪岩相-麻粒岩相且发生复杂变形的变质岩组成。1989年, 中国在拉斯曼丘陵的米洛半岛上建立了东南极常年科学考察站——中山站, 为我国科学家开展东南极地球科学研究提供了重要基地。本文基于35年来我国科学家在该区的调查研究和成果, 总结了东南极拉斯曼丘陵的变质层序、变质年龄、原岩建造、变质条件和构造环境等方面的研究进展。表明我国科学家取得的部分科研成果引领并提升了对泛非造山带演化的认知水平。未来应重视的重点研究领域包括区域多期变质事件的性质、镁铁质-超镁铁质麻粒岩性质和造山带属性等科学问题。

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极地冰下基岩取心钻探技术综述

李亚洲杨甘生张凯李冰王祖凡黄若舟

2024, 36 (4): 518-543. DOI: 10.13679/j.jdyj.20230005

摘要 ( 924 )

PDF(17986KB) ( 556 )

冰下基岩取心钻探技术是开展极地冰川学、古气候学以及地质学等研究的重要手段。虽然电缆悬吊式电动机械钻具和回转式岩心钻机等钻探技术已经在冰下基岩取心钻探中得到了成功应用，但冰下基岩取心钻探还面临着诸多技术挑战亟待破解。本文通过对近几十年来冰下基岩取心钻探技术的文献调研，系统梳理了各类钻探方法的应用条件以及优缺点，并提出技术优化方案，以期为极地冰下基岩取心钻探工程的实施提供一定程度的技术支持。在未来，应进一步完善现有冰下基岩取心钻探技术，并研发新式冰下基岩取心钻探技术，促进极地地质科学的发展。

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扰动条件下极区电离层N_mF₂预测研究

徐盛牛月娟李培豪

2024, 36 (4): 544-555. DOI: 10.13679/j.jdyj.20240049

摘要 ( 200 )

PDF(1597KB) ( 138 )

利用南极中山站和北极Tromso站的电离层长期观测数据，结合时间序列预测模型Prophet、LSTM和多项式回归算法，构建了一种新型机器学习组合模型——PLPR，用于预测地磁扰动条件下极区台站电离层F2层峰值电子密度（NmF2）。结果表明：地磁扰动条件下，PLPR组合模型的预测结果能够较好地反映两个台站NmF2的日变化趋势，其预测精度在极隙区纬度的中山站要优于极光带纬度的Tromso站；与国际参考电离层IRI-2016模型和单一时间序列预测模型Prophet和LSTM相比，该模型具有更好的预测效果。

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北极斯匹次卑尔根群岛巴耶尔瓦河及邻近王湾水体溶解甲烷分布、通量及其影响因素

张自强杜冠祥尹航朱卓毅张瑞峰金杰张国森张桂玲

2024, 36 (4): 555-568. DOI: 10.13679/j.jdyj.20230062

摘要 ( 213 )

PDF(9151KB) ( 121 )

甲烷(CH₄)是大气中重要的温室气体, 北极地区由于快速升温引起冻土带融化, 已成为全球释放CH4的热点区域。本文分别于2013年8月和2015年8月北极黄河站考察期间, 对北极斯匹次卑尔根群岛新奥尔松地区的王湾和巴耶尔瓦河(Bayelva River)等不同水环境进行了调查, 对水体中溶解CH4的分布特征、释放通量及影响因素进行了研究。结果表明: 2013年8月和2015年8月, 巴耶尔瓦河表层溶解CH4浓度范围分别为3.9~21.5 nmol·L^–1和3.9~21.1 nmol·L^–1, 平均值分别为(12.6±6.4) nmol·L^–1和(7.0±6.9) nmol·L^–1, 其CH4浓度大致呈现随河流流向逐渐升高的趋势; 王湾表层溶解CH4浓度范围分别为6.3~37.3 nmol·L^–1和4.3~22.2 nmol·L^–1, 平均值分别为(13.1±8.2) nmol·L^–1和(12.0±5.4) nmol·L^–1, 其CH4浓度水平分布大致呈现从湾顶向湾口方向先降低后升高的趋势。2013年8月, 王湾水体中CH4浓度范围为5.7~37.3 nmol·L^–1, 平均值为(15.1±8.5) nmol·L^–1, 其在水深100~250 m处出现CH4浓度高值, 可能是受到峡湾沉积物的释放和湾外海水输入的影响。北极斯匹次卑尔根群岛峡湾水体中CH4分布受到冰川融水输入、洋流混合和海底沉积物释放等因素的影响, 其过饱和特征使该地区水体成为大气中CH4的源。2013年8月和2015年8月, 王湾溶解CH4的海-气交换通量范围分别为0.4~12.4 µmol·(m²·d)^–1和2.0~4.6 µmol·(m²·d)^–1, 平均值分别为(3.5±3.4) µmol·(m²·d)^–1和(3.2±0.9) µmol·(m²·d)^–1。

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南极菲尔德斯半岛地区不同生境中可培养细菌的多样性

郝墣钰张义和韩玮曾胤新

2024, 36 (4): 568-580. DOI: 10.13679/j.jdyj.20230060

摘要 ( 170 )

PDF(3386KB) ( 161 )

菲尔德斯半岛地区具有丰富多样的微生物, 这些微生物不但在当地发挥着重要的生态学作用, 而且也是潜在、新颖的微生物资源。本研究采用传统分离培养手段, 对来源于南极菲尔德斯半岛地区的原始土壤、企鹅粪土及海洋潮间带3类不同生境中的细菌进行分离培养, 并对其开展了基于16S rRNA基因的分子鉴定。共分离得到分布于4个门、51个属的408株细菌, 其中8株菌为潜在新种。结果显示, 不同生境中可培养优势菌的组成存在明显差别, 如原始土壤中放线菌占据明显优势, 潮间带中拟杆菌占据绝对优势。相对于Luria-Bertani及Yeast extract-Peptone-Glycerol培养基, 采用寡营养培养基Reasoner’s 2A从陆地样品中获得的分离菌株的多样性更高。本文的研究结果不但能够增进对南极细菌多样性的认识, 而且可进一步丰富我国的极地微生物资源。

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阿蒙森海六个不同南极磷虾群体营养成分分析

李莉珍黄洪亮杨嘉樑李灵智吉群韩旭磊宋炜

2024, 36 (4): 580-590. DOI: 10.13679/j.jdyj.20240035

摘要 ( 272 )

PDF(1093KB) ( 218 )

为深入了解南极磷虾(Euphausia superba)的营养成分, 本研究采用生化分析方法分别对阿蒙森海6个不同南极磷虾群体的一般营养成分、氨基酸、脂肪酸及矿物质元素含量进行了测定。检测结果显示: (1)水分、灰分、粗蛋白和碳水化合物含量分别在部分南极磷虾群体之间有显著性差异, 粗脂肪含量在6个南极磷虾群体之间均有显著性差异(P<0.05)。(2)6个南极磷虾群体中均未检出胱氨酸, 氨基酸总量和必需氨基酸含量均以A11-03群体最高。(3)6个南极磷虾群体必需氨基酸的氨基酸评分和化学评分均小于1。(4)A11-03、RA4-06、RA1-02、RA1-00、RA2-02和RA3-03群体检出的脂肪酸种类数量分别为24种、21种、20种、20种、18种和17种。二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸含量以RA4-06群体最高。(5)6个南极磷虾群体中均含有丰富的矿物质元素, 常量元素和微量元素在不同群体间的含量差异显著(P<0.05)。以上检测结果表明, 6个南极磷虾群体均具有高蛋白、高不饱和脂肪酸的特点, RA4-06、A11-03群体与其余4个群体的营养价值差异大, RA2-02、RA1-02、RA3-03和RA1-00群体间营养价值接近。

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基于区域气候模式RACMO2.3的1958~2022年格陵兰冰盖表面物质平衡变化分析

怀保娟丁明虎张庆林孙维君张悟颖车佳航康立民

2024, 36 (4): 591-607. DOI: 10.13679/j.jdyj.20230019

摘要 ( 385 )

PDF(18943KB) ( 110 )

格陵兰冰盖物质平衡由其触地线处冰通量和表面物质平衡组成, 表面物质平衡是冰盖表面物质收入和支出的净值, 在近期格陵兰冰盖物质损失中占主导地位。本文基于荷兰皇家气象研究院开发的1 km区域气候模式RACMO2.3 p2日表面物质平衡数据, 对1958—2022年格陵兰冰盖的表面物质平衡及其组分做了详细分析。结果表明, (1)格陵兰冰盖多年平均表面物质平衡为366.8 Gt·a^–1, 表面物质平衡区域差异明显, 冰盖西侧中部为主要强消融区域(表面物质平衡<–1600 mm w.e.·a^–1), 冰盖东南部的高降水特征导致此处积累区表现为高物质累积态, 积累区下部年表面物质平衡超过3200 mm w.e.·a^–1; (2)季节上, 格陵兰冰盖表面物质平衡在冰盖尺度上夏季以负平衡为主, 冬季以降水积累为主, 呈现从沿海到内陆、从南到北递减的格局; 其主要消融季从5月开始, 7月达到顶峰(表面物质平衡为–123.8 Gt); (3)近60年来格陵兰冰盖表面物质平衡年际变化大, 整体上, 20世纪90年代之前, 降水主导了表面物质平衡变化, 20世纪90年代后, 表面物质平衡的显著负趋势(–48.7 Gt·(10 a)^–2, p<0.05)则由融水径流的快速增加所致; (4)空间上, 由表面消融增加和再冻结能力下降导致的冰盖消融区普遍呈现负趋势(<–80 mm w.e.·(10 a)^–2, p<0.05), 冰盖东南部的表面物质平衡变化主要受降水变化驱动。格陵兰冰盖表面物质平衡受大气环流异常、辐射、反照率、海洋等因素影响, 未来变暖背景下, 冰盖表面物质平衡负趋势更为显著, 并诱发海平面上升。

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北极多源海冰厚度数据产品的定量分析与综合评估

李彤彤汪杨骏吴鸿乾刘科峰陈希李明李洪臣

2024, 36 (4): 607-624. DOI: 10.13679/j.jdyj.20230038

摘要 ( 253 )

PDF(8487KB) ( 152 )

北极海冰厚度的研究对探究全球气候变化和开辟北极航道具有重要意义。虽然卫星遥感和数值模拟技术已广泛应用于海冰厚度的研究, 但相比于海冰密集度的研究, 不同海冰厚度数据产品在时空上存在着较大差异。因此, 本文为了客观定量地衡量不同海冰厚度数据产品的准确性和适用性, 提出1种海冰厚度数据产品的综合质量评估框架。该框架提取了2010—2020年不同海冰厚度产品的数字统计特征、局地空间分布和时间变化规律, 构建9类评估指标, 通过与实测数据的对比分析, 实现海冰厚度产品的多维度定量评估。结果表明, (1) CryoSat-2和SMOS(CS2SMOS)产品在统计特征相关性、空间结构相似度、年际变化偏差、逐月变化相关性和逐月变化偏差等 5 个指标中表现突出; (2)PIOMAS 产品最能反映冬半年海冰厚度随时间的变化特征和最优的年际变化相关性; (3) CPOM产品在特征统计偏差、空间分布相关性和空间分布偏差等3个指标表现最优。以上研究结果可用于海冰厚度数据产品融合, 可为不同海冰厚度数据产品在不同时空进行赋权, 因而提高海冰厚度数据产品融合的客观性和可靠性。

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阿蒙森海西部陆架边缘冰山犁沟的形态特征及影响因素研究

赵宁高金耀马朋云韩喜彬孙曦阳凡林葛倩

2024, 36 (4): 623-639. DOI: 10.13679/j.jdyj.20230003

摘要 ( 203 )

PDF(24913KB) ( 107 )

冰山犁沟作为典型的冰山侵蚀地貌, 其形态特征和影响因素研究涉及冰山的形态、龙骨深度和漂移方向, 有助于了解冰架边缘裂解的历史和动态。本文通过解译南极阿蒙森海西部陆架边缘的高精度多波束水深地形, 发现了大量的冰山犁沟, 并运用V指数模型, 分析了冰山犁沟与波纹脊的形态与分布特征, 统计了冰山犁沟的走向、长度以及沟内波纹脊的脊高度和脊间距, 对其影响因素进行了探讨。冰山犁沟的宽深比、V指数大小以及横截剖面形态特征很好地指示了形成犁沟的冰山龙骨的尺寸与形状, 表明研究区内所有冰山犁沟主体走向为NEE—SWW, 较完整犁沟主体走向为NE, 主要与向陆架外缘流动的沿岸流有关; 部分较长犁沟走向为NW, 主要与向西沿岸流、偏东下降风或南极陆坡流有关。冰山犁沟V指数平均值为0.132, 中位数为0.121, 其宽深比平均值为32.33, 中位数为27.37。较小的宽深比和V指数表明, 冰山犁沟的形成主要与小尺寸的冰山有关, 冰山龙骨较深、较尖锐。冰山犁沟内部或者边缘分布着波纹脊微地貌, 脊高度为0.1~5.7 m, 平均脊高度为2.0 m, 脊间距为10~288 m, 主要由成组冰山受潮汐上下垂直作用在冰山后缘堆积沉积物形成。

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南极罗斯海盆地运动学模型的建立及其构造意义

蔡晓仙高金耀姜杰樊新志李娜郭一栋

2024, 36 (4): 640-651. DOI: 10.13679/j.jdyj.20230012

摘要 ( 150 )

PDF(19329KB) ( 53 )

罗斯海的伸展过程对西南极裂谷系统(WARS)的构造演化起着重要作用, 目前研究大都聚焦于某一时期的伸展, 而对其伸展过程缺乏系统性研究。本文基于GPlates软件构建罗斯海盆地形成以来的运动模型, 建立不同时期罗斯海各盆地伸展过程与西南极相对东南极运动状态以及地幔低速带(mLVZ)之间的关系, 进而分析相对运动状态和地幔岩浆活动对WARS张裂过程的影响。结果显示, 在扩散张裂(约100—53 Ma)过程中, 罗斯海东部盆地和中央海槽形成于mLVZ上方, 其张裂过程不仅受西南极与东南极相对运动构造拉张的影响, 而且也受地幔热作用的影响。在集中张裂(约43—11 Ma)过程中, 维多利亚地盆地及特拉裂谷形成于mLVZ的西侧, 其张裂过程主要受构造拉张的影响, 而与地幔热作用无关。

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中国第13次北极科学考察“雪龙2”号航区低层大气风场特征

陈乐禹智斌李孟霈张杰王硕仁桑婧隺

2024, 36 (4): 653-666. DOI: 10.13679/j.jdyj.20240006

摘要 ( 227 )

PDF(17922KB) ( 126 )

北极因其放大作用成为了全球气候变化最敏感的地区之一, 其低空风场特征对研究北极乃至北半球大气演变过程和全球天气气候都具有重要的意义。为精细探测北极地区低空大气风场的结构与变化特征, 本研究依托中国第13次北冰洋科学考察, 在中国“雪龙2”号极地科考破冰船上部署了一套相干多普勒测风激光雷达, 利用所获取的低空风场数据, 探索了航区平均风场特征与典型天气事件的风场结构。研究结果表明: (1)“雪龙2”号航区的平均风场与季风有关, 夏季风向以偏南风为主, 最大风速为13 m·s^–1, 秋季风向多变; (2)航区在9月中旬时最大风速的风向以偏西北风为主, 最大风速超过25 m·s^–1, 其余时间北寒带的风速为8 m·s^–1左右; (3)通过风羽图与垂直气流信息, 本次考察还观测到航区一些典型风场特征, 包括稳定小风和稳定大风风场、风向风速转换的风场、强对流风场, 可由典型风场推测出大气的环流变化, 为今后航线上的天气预报提供数据支撑。

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南极环境保护委员会组织结构与运作变迁

王婉潞

2024, 36 (4): 667-679. DOI: 10.13679/j.jdyj.20240022

摘要 ( 210 )

PDF(388KB) ( 333 )

当前, 南极治理决策制定的初步环节逐渐由南极条约体系内部的不同组织与机构完成。作为南极条约体系的重要组成部分, 南极环境保护委员会(Committee for Environmental Protection, CEP)是依据《关于环境保护的南极条约议定书》第11条设立的常设机构, 不享有独立决策权, 其讨论成果最终转化为协商会议通过的措施、决定或决议, 如今CEP已成为协商会议“措施”的最大供给者。自1998年成立以来, CEP的组织结构与运作方式发生了显著变化。早期CEP由年度会议和会间非正式小组构成。随着环境保护与气候变化问题的重要性日益凸显, CEP先后设立两个正式附属小组, 分别负责审议南极特别保护区与南极特别管理区的管理计划, 以及执行气候变化应对工作计划, 并在这两个议题上形成“正式附属小组—CEP—协商会议”的逐级建议结构。基于这种变化, 我国不仅要重视CEP会议最新议题, 更应该重视闭会期间的工作, 特别是培养各层次的专业人才, 让他们有机会深入参与CEP各议题的讨论, 以全面提升我国南极制度性话语权的针对性和有效性。

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美国与北欧国家北极安全合作问题研究

杜晓杰

2024, 36 (4): 680-693. DOI: 10.13679/j.jdyj.20230025

摘要 ( 241 )

PDF(367KB) ( 226 )

在大国竞争加剧和俄乌冲突延宕不决的背景下, 芬兰和瑞典先后加入北大西洋公约组织(北约), 彻底改变了欧洲和北极地区的安全格局, 美国与北欧国家的北极安全合作关系愈发密切。回顾美国与北欧国家北极安全合作历程, 以美国为主导的多等级合作、以军事安全合作为重点的多领域合作以及以双边合作为基础的多维复合化合作机制构建是这一合作格局的主要特征。总的来看, 美国与北欧国家的北极安全合作主要受到美国、北欧五国以及俄罗斯等相关第三方的主体间互动、美国与北欧国家北极政策议题契合度以及北极治理机制有效性等因素的影响。当前, 共同的身份认同和威胁感知为美国与北欧国家的北极安全合作奠定了基础。在“北约旗帜”插遍北欧国家的情况下, 美国与北欧国家在北极地区的安全合作将呈现出不断扩大的发展态势。但是, 美国与北欧国家在北极地区的权力追求、议题选择以及战略手段等方面也存在着分歧, 双方的北极安全合作仍存在着不确定性。

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北极国家的油气资源投资环境评价与影响因素分析研究

杨楠李可贞张凯逊王大鹏

2024, 36 (4): 694-704. DOI: 10.13679/j.jdyj.20230083

摘要 ( 236 )

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北极是油气资源战略储备地, 投资北极油气一直深受各国和能源企业的重视, 然而已有研究缺乏针对北极油气投资的环境评估。本文通过建立北极地区油气资源投资环境评价体系, 应用定量综合评估方法层次分析法(AHP)-熵权法, 聚焦北极地区油气资源的一手数据, 开展了北极油气资源投资环境评价分析。研究结果表明: (1)俄罗斯是我国在北极油气投资的最佳合作伙伴, 在自然资源环境、基础设施与服务环境方面具有绝对优势; (2)挪威在政治环境和社会环境等方面拥有良好的声誉, 是可靠的合作伙伴, 而且有能力和意愿在全球范围内推广减碳减排和可持续发展技术, 可成为我国在油气勘探开发领域技术购买及减碳减排等领域的合作对象; (3)美国和加拿大油气投资环境欠佳, 建议以学术交流为纽带实现在北极油气领域合作。

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北极航道海上通信的发展现状、挑战及应对策略

林彬王颢程王硕仁

2024, 36 (4): 704-713. DOI: 10.13679/j.jdyj.20230001

摘要 ( 391 )

PDF(2943KB) ( 365 )

为评估北极航道海上通信存在的问题及凝练应对策略, 本文对其发展现状、面临的挑战等相关资料与文献进行了归纳分析。结果表明: 目前北极航道海上通信的方式主要包括岸基无线通信和卫星通信, 但两者的部署尚不完善且服务能力有限; 北极航道海上通信面临着来自岸基无线通信业务覆盖不足、航海信息保障服务体系不完善、卫星仰角受限、信号能量大气衰减及恶劣气候环境导致通信难度增大等方面的诸多挑战。本文认为, 加强我国北极保底通信能力建设、扩展北极卫星通信业务覆盖范围、完善我国北极航海保障综合服务体系等将会是北极航道海上通信问题的潜在解决方案。

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南极中山站随船物资舱盖吊运法分析

姚钢梁高升刘少甲姚平博董延磊

2024, 36 (4): 714-719. DOI: 10.13679/j.jdyj.20240036

摘要 ( 201 )

PDF(2485KB) ( 473 )

南极中山站的考察物资卸运是历次中国南极考察队的重点工作, 一般通过冰面进行运输。中国第40次南极考察期间, 由于海冰过于碎裂而无法采用冰面运输卸货。大舱盖吊运法是指使用直升机从“雪龙”号舱盖直接吊运货物至中山站的一种运输方式。该方法在本次考察期间得到大规模运用, 为后续应用积累了技术经验和相关数据资料。

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南极研究科学委员会(SCAR)第37届冰架过程研究论坛(FRISP)国际学术研讨会召开

唐学远

2024, 36 (4): 720-721.

摘要 ( 136 )

PDF(194KB) ( 228 )

无

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